數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

田學(xué)軍++趙娟

摘要：數(shù)字圖像處理課程是通信信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)及印刷相關(guān)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程，而實(shí)踐性教學(xué)又是教學(xué)中比較重要的部分。本文針對(duì)數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足之處對(duì)其進(jìn)行教學(xué)改革與實(shí)踐，主要從實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程的改革及實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)建設(shè)和綜合實(shí)驗(yàn)群的建設(shè)方面進(jìn)行分析和論述。

關(guān)鍵字：數(shù)字圖像處理，實(shí)驗(yàn)教學(xué)，改革與實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)： G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

0引言

通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割和提取特征等的方法和技術(shù)既是數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像處理課程是一門(mén)交叉性學(xué)科，設(shè)計(jì)范圍非常廣泛，且具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性。其產(chǎn)生和迅速發(fā)展主要受計(jì)算機(jī)的發(fā)展、數(shù)學(xué)的發(fā)展和廣泛的農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用需求的增長(zhǎng)的影響。我校印刷專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)這門(mén)課程，要求學(xué)生學(xué)習(xí)基本的理論基礎(chǔ)上，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的基本處理，并能夠運(yùn)用各種算法解決各種實(shí)際生活問(wèn)題，以提高實(shí)踐操作能力。計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，實(shí)踐教學(xué)必須跟上時(shí)代的發(fā)展才能順應(yīng)形勢(shì)，真正提高學(xué)生的社會(huì)適應(yīng)能力。實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通常是簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性和演示性操作或利用較少的課時(shí)給學(xué)生講授一個(gè)或兩個(gè)編程用以實(shí)現(xiàn)一個(gè)算法性教學(xué)，學(xué)生對(duì)其他算法比較陌生，而且算法之間的聯(lián)系也沒(méi)有基本的認(rèn)知，以至于在解決時(shí)間問(wèn)題時(shí)顯得束手無(wú)策，達(dá)不到教學(xué)目標(biāo)，授課效果也不佳，不利于人才的培養(yǎng)。結(jié)合我校數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革與實(shí)踐勢(shì)在必行。在改革中，我們以學(xué)生為中心，著力培養(yǎng)學(xué)生分析圖像、處理圖像的基本方法，系統(tǒng)的講授基于不同算法下圖像處理的基本方法和技巧。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

在數(shù)字圖像處理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，特別強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，學(xué)生能夠利用所學(xué)到的基本理論進(jìn)行簡(jiǎn)單問(wèn)題的分析、處理和設(shè)計(jì)。根據(jù)教學(xué)大綱的基本要求整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，把傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行新的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，采用模塊化處理。主要分為常用MATLAB圖像處理命令、圖像空域?yàn)V波增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像分割、彩色圖像處理、圖像的運(yùn)算、頻域圖像處理和圖像處理實(shí)際應(yīng)用八個(gè)模塊。

對(duì)于每一個(gè)模塊的分析和設(shè)計(jì)，要求學(xué)生在利用理論分析的基礎(chǔ)上能夠進(jìn)行算法仿真分析。因此在理論課堂上必須教授算法，以配合實(shí)驗(yàn)操作。在實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程中，學(xué)生根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用不同的算法進(jìn)行仿真分析。

每一個(gè)教學(xué)模塊的教學(xué)內(nèi)容都進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，這就需要系統(tǒng)的教材。因此我們編寫(xiě)了一套適合于數(shù)字圖像處理的模塊化教學(xué)的教材。此教材主要針對(duì)每一個(gè)模塊的內(nèi)容編寫(xiě)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及相應(yīng)的仿真算法仿真程序，并附有例題和問(wèn)題，學(xué)生可以參照例題分析和解決問(wèn)題，從而達(dá)到觸類(lèi)旁通、舉一反三的效果，同時(shí)提高學(xué)生的編程能力和分析解決問(wèn)題的能力，提高創(chuàng)造性思維。

將數(shù)字信號(hào)處理中圖像處理最重要的算法作為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在學(xué)生編寫(xiě)MATLAB程序之前給學(xué)生講授算法的基本原理和編寫(xiě)事項(xiàng)，把涵蓋關(guān)于圖像增強(qiáng)、壓縮、處理、分割、描述和彩色處理等部分，通過(guò)MATLAB編程實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)圖像的顯示、讀取、均衡、濾波、頻域變換、膨脹和細(xì)化等各種操作，把抽象問(wèn)題程序化。學(xué)生在操作的時(shí)候，通過(guò)編寫(xiě)程序，演示圖像處理的過(guò)程，加深對(duì)數(shù)字圖像處理信號(hào)的理解和認(rèn)知。

2改革教學(xué)過(guò)程

在整合教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，主要包括授課環(huán)境、授課形式、授課方法和授課手段的改革與實(shí)踐。

授課環(huán)境的好壞直接決定著授課質(zhì)量。過(guò)去一直采用在DSP實(shí)驗(yàn)室通過(guò)MATLAB編程來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像處理分析，但對(duì)于印刷專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，沒(méi)有MATLAB編程基礎(chǔ)，在課堂上短短的幾十分鐘實(shí)現(xiàn)圖像的處理是不現(xiàn)實(shí)的。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)改革引入了虛擬仿真平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)充分的利用虛擬仿真平臺(tái)，學(xué)生可以在充分學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所需的各種知識(shí)后，隨時(shí)隨地的提交作業(yè)，不再局限于課堂的幾十分鐘。而且還可以和老師直接互動(dòng)，和同學(xué)直接互動(dòng)，及時(shí)解決實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的問(wèn)題。

授課形式多樣化是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革必須采取的。主要有講授式、問(wèn)題探索式、訓(xùn)練與實(shí)踐式和基于現(xiàn)代信息技術(shù)的授課方式等[1]。講授式教學(xué)過(guò)程主要是在操作之前教師講授實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及注意事項(xiàng)；問(wèn)題探索式要求學(xué)生提出問(wèn)題、確定問(wèn)題、討論提出問(wèn)題假設(shè)、實(shí)驗(yàn)操作尋求結(jié)果、最終驗(yàn)證問(wèn)題結(jié)果，以提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果；訓(xùn)練與實(shí)踐式主要是通過(guò)示范教學(xué)、模擬教學(xué)和項(xiàng)目教學(xué)等教學(xué)方法進(jìn)行實(shí)踐操作；基于現(xiàn)代多媒體信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作的流程的再現(xiàn)，虛擬仿真的模擬等過(guò)程。

在數(shù)字圖像處理中對(duì)于每個(gè)模塊的實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)下達(dá)任務(wù)的形式，讓學(xué)生在下面討論分析如何實(shí)現(xiàn)最好，找出最優(yōu)方案；課堂上老師演示程序仿真分析某一個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的功能，讓學(xué)生對(duì)比分析自己所設(shè)計(jì)的和老師設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。這樣既調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性，也調(diào)高了授課效果。

教師授課是授漁的方法而非授魚(yú)的方法。在信息技術(shù)發(fā)展的今天針對(duì)數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)課程，采用傳統(tǒng)教學(xué)手段和現(xiàn)代化教學(xué)手段有機(jī)整合進(jìn)行授課是必須的。

3建立考核機(jī)制和評(píng)價(jià)機(jī)制

有效的考核機(jī)制和評(píng)價(jià)機(jī)制是一門(mén)實(shí)驗(yàn)課必不可少的環(huán)節(jié)。打破傳統(tǒng)學(xué)期末一次考核的方式，而是將平時(shí)的考勤、操作、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)等環(huán)節(jié)均考慮進(jìn)去綜合考核，給出考核標(biāo)準(zhǔn)，一方面比較公正，另一方面也促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性。過(guò)去沒(méi)有完善的評(píng)價(jià)機(jī)制，經(jīng)過(guò)改革，以學(xué)評(píng)教、教評(píng)學(xué)、學(xué)評(píng)學(xué)和教評(píng)教等方式展開(kāi)評(píng)價(jià)，通過(guò)多方的評(píng)價(jià)找出各自的不足，及時(shí)改進(jìn)，促進(jìn)教學(xué)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

4建立綜合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)及綜合實(shí)驗(yàn)群

通過(guò)教師或?qū)W生組織相關(guān)協(xié)會(huì)構(gòu)建綜合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)。團(tuán)隊(duì)以學(xué)生為主題，教師指導(dǎo)的方式進(jìn)行。開(kāi)展定期或不定期的活動(dòng)，讓有興趣的學(xué)生參與進(jìn)來(lái)，達(dá)到鍛煉的效果。

數(shù)字圖像處理是一門(mén)交叉性學(xué)科，設(shè)計(jì)到多個(gè)專(zhuān)業(yè)，其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也是非常豐富的[2]。因此打破課程界限，實(shí)行多門(mén)實(shí)驗(yàn)交叉匯合，建立綜合實(shí)驗(yàn)群是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的必須做的。數(shù)字圖像處理包括數(shù)字圖像信號(hào)的產(chǎn)生、傳輸、處理和輸出等過(guò)程，因此將數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、DSP實(shí)驗(yàn)室、信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室和印刷圖文實(shí)驗(yàn)室綜合建立實(shí)驗(yàn)群，實(shí)現(xiàn)綜合性和實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)的操作，提高學(xué)生的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力的同時(shí)，提高授課效果。

5通過(guò)項(xiàng)目訓(xùn)練，增強(qiáng)科研能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。

鼓勵(lì)學(xué)生申報(bào)創(chuàng)業(yè)園項(xiàng)目，讓學(xué)生做專(zhuān)業(yè)相關(guān)的項(xiàng)目性研究，利用所學(xué)解決實(shí)際問(wèn)題。如學(xué)生申報(bào)的創(chuàng)業(yè)園門(mén)面的照相館，學(xué)生利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)照片進(jìn)行各種處理；利用圖像分割技術(shù)對(duì)車(chē)牌照進(jìn)行分割等，均是對(duì)實(shí)際問(wèn)題的處理。同時(shí)組織有興趣的師生建立科研團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展講座等各項(xiàng)活動(dòng)，增強(qiáng)科研能力，同時(shí)培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。

6結(jié)論

本文結(jié)合數(shù)字圖形處理實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。通過(guò)具體實(shí)施學(xué)生反映良好。在實(shí)際授課中采取任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，通過(guò)課堂上進(jìn)行操作或在課堂之外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與老師和同學(xué)互動(dòng)進(jìn)而提交實(shí)驗(yàn)。調(diào)高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，節(jié)約了老師的大量時(shí)間和精力，提高了授課效果，有利于人才培養(yǎng)方案的實(shí)施。

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